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在59億公裏外的冥王星上,太陽已經變成了星星,那裏還有白天嗎?

2024-08-12科學

冥王星的公轉軌域處於海王星外側,曾被視作太陽系中距太陽最遠之行星。然而,伴隨天文學的演進,人們漸覺此星球未達行星之標準。於是,2006 年 8 月 24 日,天文學家以投票之法,將其「降格」為矮行星(編號 134340),自此,太陽系的九大行星遂變為八大行星。

盡管冥王星已不再被認定為行星,然而其在人類心中依舊具有重要地位,且被視作太陽系的主要星體之一。因此,當提及太陽系中那些遙遠星體時,冥王星往往會被我們想起。

我們需明確,同一物體,其距我們越遠,於我們眼中便越小,此理反之亦成立。由此可推想,在遙遠的冥王星上所見之太陽,定然比在地球上所見之太陽更小。那麽,究竟小多少呢?誠然,當下我們暫且無法親身前往冥王星,但借由理論計算,我們亦可得出此問題的答案。

物體於我們眼中的大小,可借由「視直徑」予以定量闡釋,此「視直徑」即為我們肉眼觀測到的物體的視角(其單位為度、分、秒)。接下來,我們先閱覽一張簡易的示意圖(見下圖):

圖中的α、R 與 d,依次表示物體的「視直徑」、物體的半徑以及物體和我們的距離。依據三角函式關系,能夠簡便地得出一個公式:「tan(α/2)=R/d」,因而「視直徑」可借助公式「α = 2arctan(R/d)」予以計算(註:「tan」和「arctan」分別為正切函式與反正切函式)。

太陽半徑約為 69.6 萬公裏,冥王星與太陽的平均距離約為 59 億公裏。經將這些數據代入相應公式可得,在冥王星上觀測到的太陽,其「視直徑」約為 0.0135 度。

這是何種概念呢?如此來講,在地球上的我們於夜空中能夠望見的星星中,有若幹顆實則為太陽系內的行星,木星便位列其中,而我們肉眼所觀測到的木星,其「視直徑」大概是 0.011 度,換言之,在冥王星上所看到的太陽,僅比在地球上看到的木星略大些許。

(↑圖中最為明亮的那顆星,即為木星)

於 59 億公裏之遙的冥王星處,太陽仿若星辰,此種情形使人不禁心生疑問,此地是否仍存白日?實則,此問題取決於在冥王星上所見太陽的亮度,且借由理論計算,我們亦可明晰該問題的答案。

天體於我們眼中的亮度,可借由「視星等」予以定量闡釋。簡而言之,「視星等」這一概念最初由古希臘天文學家喜帕恰斯提出,他把自己所編制星表中的 1022 顆恒星依亮度劃分為 6 個等級(即 1 等星至 6 等星,詳情見下圖)。

此後,這一概念受到天文學家的普遍認可,並被其用於更優地闡釋宇宙內的諸多天體,且天文學家對該概念予以了改良與量化。

依現代天文學之界定,「視星等」各等級間的亮度差值為 2.512 倍,數值越小,則表明天體亮度愈高,該數值可為負,且亮度為 1 勒克司時,其「視星等」為 -13.98 。

與「視星等」相對的,存在一個名為「絕對星等」的概念,其體現的是天體實際的發光能力。我們可將之簡要闡釋為,於距離 10 秒差距之處所觀測到的天體明亮程度,即為該天體的「絕對星等」。

「視星等」與「絕對星等」可借助一個簡易公式「m = M - 5lg(d0/d)」予以換算,在此公式中,m 和 M 分別表示「視星等」與「絕對星等」,「lg」為以 10 為底的對數函式,d0 為 10 秒差距,d 為觀測者和目標天體之間的距離。

據科學家測算,太陽的「絕對星等」約為 4.83,10 秒差距的距離約為 32.6 光年。此前提及,冥王星與太陽的平均距離約為 59 億公裏,折合約 0.0006236 光年。將上述數據代入公式,可得在冥王星上觀測到的太陽的「視星等」約為 -18.76 。

相較而言,在地球上觀測到的太陽「視星等」約為 -26.71,滿月的「視星等」約為 -13。如前文所述,「視星等」每級之間的亮度差異為 2.512 倍。由此可算出,在冥王星上所見太陽的亮度,大約僅為地球上所見太陽亮度的一千五百分之一,然而卻是地球上所見滿月亮度的約兩百倍。

顯然,此種亮度足以照亮冥王星,由此可見,在距地球 59 億公裏之遙的冥王星上,確有白天存在,然而,相較於地球,其白天要黯淡許多。